I minerali idrati del mantello rivelano una possibile fonte di anisotropia sismica nelle placche stagnanti

Le onde sismiche che si propagano all’interno della Terra spesso viaggiano a velocità diverse a seconda della loro direzione, un fenomeno noto come anisotropia sismica. Tale anisotropia viene comunemente rilevata al di sotto delle zone di subduzione, in particolare in prossimità delle placche stagnanti nella zona di transizione del mantello e nella parte superiore del mantello inferiore. Tuttavia, l’origine fisica di questi segnali è rimasta incerta.

In un nuovo studio, i ricercatori dell’Università di Ehime hanno analizzato il comportamento deformativo di particolari minerali contenenti acqua, in grado di sopravvivere in placche fredde e idratate a grandi profondità. Utilizzando esperimenti ad alta pressione e alta temperatura su due di questi minerali, δ-AlOOH e la sua soluzione solida con fase H (δ-H), stabili in condizioni di placche relativamente fredde, hanno simulato la deformazione nelle profondità della Terra per comprendere meglio come questi minerali idrati si deformano all’interno delle placche in subduzione nella zona di transizione del mantello e nella parte superiore del mantello inferiore.

I risultati, pubblicati su Geophysical Research Letters , mostrano che la deformazione induce questi aggregati minerali a sviluppare forti orientamenti cristallografici preferenziali (CPO), producendo una forma caratteristica di anisotropia sismica in cui le onde di taglio polarizzate verticalmente viaggiano più velocemente di quelle polarizzate orizzontalmente in presenza di flusso orizzontale.

In combinazione con le osservazioni sismiche, i risultati suggeriscono che i minerali idrati potrebbero contribuire in modo significativo all’anisotropia sismica osservata in prossimità delle sommità appiattite delle placche tettoniche in profondità nella Terra.

Riassunto in linguaggio semplice

Quando le onde sismiche si propagano attraverso le rocce nelle profondità della Terra, possono muoversi più velocemente in alcune direzioni rispetto ad altre. Questo comportamento direzionale, chiamato anisotropia sismica, è ampiamente osservato al di sotto delle zone di subduzione, soprattutto dove le placche tettoniche fredde sprofondano e si appiattiscono nel mantello. Tuttavia, l’origine di questa anisotropia non è ancora del tutto chiara. Il nostro studio si concentra su particolari minerali contenenti acqua che possono esistere in placche fredde e idratate a grandi profondità. Abbiamo condotto esperimenti ad alta pressione e alta temperatura su due di questi minerali, δ-AlOOH e la sua soluzione solida con la fase H (δ-H), stabili a geoterme di placca relativamente fredde, per comprendere meglio come questi minerali idrati si deformano all’interno delle placche in subduzione nella zona di transizione del mantello. Abbiamo scoperto che quando questi aggregati minerali si deformano, sviluppano una struttura interna che fa sì che le onde sismiche si propaghino più velocemente in direzione verticale che in direzione orizzontale in presenza di flusso orizzontale. Insieme alle osservazioni sismiche, i nostri risultati suggeriscono che questi minerali idrati potrebbero contribuire all’anisotropia comunemente osservata vicino alle sommità delle placche appiattite in profondità nella Terra.

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